RESINE ECHANGEUSE D’IONS
Résumer le document pour expliquer le mécanisme de l’échange d’ion correspondant à l’adoucissement de l’eau puis à la régénération de la résine. (10 lignes)
Dureté de l’eau.
Une eau dure est une eau riche en ions calcium (Ca2+) et magnésium (Mg2+). Elle ne présente aucun danger pour la santé et peut donc être consommée en tant qu’eau de boisson. Mais elle peut être à l’origine de certains inconvénients tels que l’entartrage (dépôt de carbonate de calcium CaCO3 ou de carbonate de magnésium MgCO3) des appareils dans lesquels l’eau est chauffée (lave- linge, lave-vaisselle…) ou de traces sur des surfaces lavées (baignoires, lavabos, robinetterie).
Utilisée lors de la toilette, elle peut être responsable d’une certaine sécheresse de la peau et des cheveux. D’autre part, le savon donne, en présence d’une eau dure, un précipité de carboxylate de calcium (R-COO)2Ca et de magnésium (R-COO)2Mg, donc son pouvoir détergent sera réduit et le dépôt de ces précipités sur les textiles lors de la lessive rend le linge rêche.
La dureté d’une eau se mesure en degré hydrotimétrique (°fH) : une eau est qualifiée de « douce » si son degré hydrotimétrique est inférieur à 15.
TH (°fH) 0 à 7 7 à 15 15 à 25 25 à 42 supérieur à 42
Eau très douce douce moyennement dure dure très dure
Adoucissement de l’eau.
Le principe des systèmes échangeurs d'ions classiques consiste à échanger le cation central d'un complexe pour en former un autre. Les résines échangeuses d'ions sont souvent synthétiques.
Les polymères utilisés possèdent des groupes ioniques. Par exemple le polystyrène sulfonate de sodium (ci-dessous) est une résine échangeuse de cations.
L’adoucissement d’une eau consiste à remplacer les cations Ca2+ et Mg2+ , capturés par la résine, par des ions sodium Na+ : 2(R-SO3-, Na+) + Ca2+ (R-SO3-)2, Ca2+ + 2Na+
2(R-SO3-, Na+) + Mg2+ (R-SO3-)2, Mg2+ + 2Na+
Les ions sodium, contrairement aux ions calcium et magnésium, ne provoquent pas l’entartrage des canalisations.
Régénération d'un adoucisseur.
La résine d'adoucissement est régénérée avec des ions sodium (Na+) fournis par une solution de chlorure de sodium (NaCl, ou sel commun).
Polystyrène sulfonate
Equilibre d’échange d’ion.
Pour les résines sulfonate, l’affinité pour un cation augmente avec la charge de celui-ci : Th4+ > Al3+ > Ca2+ > Na+
Pour différents cations de même charge et appartenant à une même famille du point de vue chimique, les résines sulfonate marquent une préférence pour les ions dont les rayons sont les plus petits, par exemple : Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+ et Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+.
L’échange d’ion correspond à un équilibre chimique, qui se traduit par une constante K reliant les concentrations des espèces chimiques concernées, par exemple (R : dans la résine, aq : dans l’eau) :
2 Na
+R+ Ca
2+aq Ca2+R+ 2Na
+aq2 2
aq R
2 2
R aq
[Na ] .[Ca ] K [Na ] .[Ca ]
>> 1
Dans le cas présent la constante K est très grande, ce qui fait que l’échange souhaité a lieu effectivement (la réaction a lieu dans le sens 1).
Mais lorsque les ions Na+ présents dans la résine s’épuisent ([Na+R] devient très petit) l’échange ne peut plus avoir lieu. Il convient alors de « régénérer » la résine en mettant des Na+ (c’est-à-dire du sel NaCl) en très grand excès dans l’eau. Alors l’équilibre est déplacé dans le sens 2 : la résine s’enrichit en Na+ et rejette les Ca2+.
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http://www.adoucisseur-eau.org/pourquoi-recourir-a-un-adoucisseur-deau
